趙魯生鑄鐵熔煉中氮鈦影響的經歷for百鑄網

灰鐵熔煉中氮，鈦影響的經歷趙魯生

隨著國內合成鑄鐵技術的發(fā)展，我國的鑄鐵熔煉工藝水平和鑄鐵件的材質都上了一個新臺階。對于廢鋼增碳工藝提高鑄鐵的力學性能，一般認為有三個原因：1、減少了生鐵的遺傳；2、增碳劑增加了外來石墨核心；3、廢鋼和增碳劑中的氮有促進珠光體的作用。所以氮在鑄鐵中起到的作用越來越引起的大家的重視。越來越多的文章介紹了氮的作用，下面從本人在工廠的實際生產過程中所遇到問題來闡述下氮在鑄鐵中的作用。

03年開始，公司在生產日本牧野機床鑄件時，日本人對沖天爐熔煉的灰鐵300鐵水，要求不定期檢測氮含量,當時檢測的氮含量一般在100-120PPM。

對于為什么要求檢測氮含量，當時還沒有弄清是什么原因。06年初，公司新工廠開始使用感應電爐熔煉，而老廠依然使用沖天爐熔煉。在新工廠生產過程中電爐使用的生鐵，廢鋼等原材料與老廠完全一樣，成分控制也基本相同但是HT300電爐生產的鑄件力學性能卻低于沖天爐生產的鑄件。

在改變孕育、增加硫含量等措施之后，鑄件性能依然沒有改善，最后只好通過降低碳含量，來提高電爐灰鐵300的力學性能。把原來的含碳量從3.2%-3.3%減低為2.9%-3.0%。其余成分不變。從而使鑄件的性能達到了要求。表1為沖天爐及電爐的成分。

將該工廠一個月的化學成分分析后發(fā)現，沖天爐鐵水的鈦含量一般低于0.025%，而電爐鐵水的鈦含量在0.04-0.06%。鈦含量不同是表面現象，實質問題是過多的鈦和氮發(fā)生了反應，消弱了氮的作用從而影響了鑄件的力學性能。從而就把鈦含量作為常規(guī)元素來進行控制。09年，在生產美國GE公司灰鐵汽缸體鑄件時，美國人也要求鐵水檢測氮和其他微量元素，如鈦，鉛等。其中鈦含量要求小于等于0.025%，氮含量要求60-120PPM。

灰鐵熔煉從沖天爐轉向中頻爐電爐之后，采用非合成鑄鐵配料，同樣原材料，碳當量一樣，電爐生產的鑄件機械性能總是不如沖天爐生產的鑄件高，從成分上看，微量元素含量的不同，特別是鈦含量的不同是其中的關鍵。沖天爐鐵水的鈦含量一般小于0.025%，而電爐鐵水的鈦含量一般都在0.04-0.05%以上。由于鈦強烈結合氮，而氮對基體有強化作用，從而降低了灰鐵的強度。

現在普遍認為在灰鐵中，要把氮作為合金元素來對待。同時大家也認識到鈦、鋯等元素會影響到氮的作用。在鑄鐵中，隨著氮含量的增加，鑄鐵強度增加。但是在含量超過1150PPM時則會出現氣孔缺陷。下表是其他元素不變的情況下隨著氮含量的不同，鑄件性能的變化。郝石堅“現代鑄鐵學”書中圖表：鑄鐵成分在：W（C）3.12%，W(Si）1.35%，W（Mn)0.71%,W(S)0.09%,W(P)0.13%的鐵水中隨氮含量的增加，鑄鐵強度也逐步增加。

合成鑄鐵的生產增碳劑必不可少，除了廢鋼引入的氮，增碳劑中的氮也是鐵水中氮的主要來源。特別是不好的增碳劑，氮含量極高，從而導致鐵水氮含量超標，使鑄件出現氮氣孔問題，也在影響鑄件質量。一些文章介紹在解決氮氣孔缺陷時，加入鈦或者鋯的合金，成功克服了灰鐵鑄件的氮氣孔缺陷。以下是常見增碳劑的成分：

國外鑄件采購客戶，在十多年前就要求檢測灰鐵中的氮含量，現在客戶對灰鐵氮含量檢測要求的頻次有所增加。牧野機床鑄件日本采購客戶，現在要求每月檢測一次鐵水氮含量。目前，大量灰鐵鐵都是采取感應電爐生產的合成鑄鐵。采取多加廢鋼和高溫煅燒石油焦增碳劑，少用生鐵配料。在這種熔煉工藝情況下，一般氮含量在80-90PPM左右（日本技術人員要求）。

一家公司以60%廢鋼，30%回爐料，10%生鐵配料生產HT300.鈦含量一般小于0.025%左右.但在使用硅-鋯孕育劑時卻連續(xù)2-3爐鐵水力學性能不合格。（碳3.0，硅孕育前1.4，鈦0.02）。而改為硅-鋇-鈣孕育劑后，力學性能從270達到了350MPa。產生這種變化的原因則是鋯的固氮作用比鈦還要強，從而消弱了氮的強化作用。所以當生產高牌號鑄鐵件時，就可考慮利用氮的有利作用，在鈦含量小于0.025%情況下，盡可能提高氮的含量，上限為100PPM左右。由于低的含氮量對鑄鐵沒有壞的影響，所以也就沒有人去認真的去確定其準確的下限，而是把含氮量的上限作為了主要關注點，因為當含氮量超過某一上限時，由于氮致氣孔的廢品常常很高，有的高到60%以上，甚至全部報廢，有時它像傳染病一樣，廢品率越來越高。

結論及鑄鐵熔煉建議：1、氮可有效地提高鑄鐵的機械性能，認為在合成鑄鐵中氮起了主導作用，從而應當把氮做為一個有益的元素有意識的加以利用。2、應根據生產的鑄件材質和牌號，合理的選擇增碳劑的種類，建議生產灰鑄鐵時采用含氮小于200ppm左右的高溫煅燒石油焦增碳劑，而生產球墨鑄鐵時，尤其是生產高韌性的鐵素體球墨鑄鐵時，應當采用低S低氮的石墨型增碳劑。

3、應有效的控制鑄鐵內的氮在一個確定的范圍內，一般中小鑄鐵件，將氮控制在60-100ppm內是合理的，對鑄鐵來講，既有效又安全。4、當氮超過上限，并產生了氮氣孔時，可加入Ti、Zr、等元素來中和氮的有害影響。國內多采用加入TiFe來消除鑄件的氮氣孔，但是最終鈦含量不要高于0.025%。鈦高于0.05%時，灰鐵性能肯定影響明顯。而氮含量高低，以及受其他元素影響的道理,一是受檢測手段限制，

二是理論介紹不多，實際工作中，還有異?，F象，無法解釋。三是從理論上說，氮含量分為溶解氮和化合氮，溶解氮能夠提高強度，化合氮作用不大，而目前了解的氮含量分析是全氮含量，即包括溶解氮和化合氮。

5、灰鐵熔煉從沖天爐轉變?yōu)楦袘姞t之后，主要差別是冶金質量和微量元素含量不同。而冶金質量不同，理論解釋不多，帶來我們爐前操作上的新變化是增加結晶核心的各種操作和出爐前的預處理。微量元素含量不同的影響，促使我們采用合成鑄鐵工藝或使用高純生鐵配料。6、去年，二汽萬仁芳老師在張家界會議的報告，提出了灰鐵熔煉的一種操作，就是流水線生產，10噸電爐分多次出爐鐵水，每次出鐵后，爐內馬上加入一些相同牌號的回爐料，來降低爐內溫度，等到下一包鐵水要出爐時，在馬上升溫到工藝規(guī)定的要求出爐。這是二汽長期使用電爐熔煉灰鐵總結出來的經驗，值得我們認真學習。7、那么感應電爐熔煉鐵水，如何使其冶金特性接近沖天爐鐵水？近幾年鑄造工作者提出以下一些在使用的方法：感應電爐的功率密度配置比較大，保證熔煉時間縮短，即要快速熔煉。（滄州工廠10噸熔煉要3-4小時）。嚴禁鐵水在平衡溫度以上的高溫保溫時間過長，減少高溫下石墨結晶核心的減少。生產中如果需要把鐵水分幾次出爐，鐵水在爐內保存時間過長，則以增加鐵水石墨核心的各種處理措施來對鐵水做“預處理”。一般來講，大件鑄造車間，一爐鐵水溫度成分合格之后，都是馬上出爐，或一包出完，或分2-3包出完，馬上澆注鑄件。而流水線鑄造車間，如果爐子配置較大，要分幾次出完鐵水。（20噸鐵水澆注一天10噸爐子分4次出完，等